전기 고장 계산 | 양성 음성 영 순서 임피던스
적절한 전기 보호 시스템을 적용하기 전에, 고장 상태에서의 전력 시스템의 조건에 대한 철저한 지식이 필요합니다. 전기 고장 상태에 대한 지식은 다양한 위치에서 적절한 보호 릴레이를 배치하는 데 필요합니다.
최대 및 최소 고장 전류 값, 해당 고장 상태에서의 전압 값, 그리고 전력 시스템의 다른 부분에서의 전류와의 크기 및 위상 관계에 대한 정보를 수집하여 보호 릴레이 시스템을 적절히 적용해야 합니다. 이러한 정보 수집은 일반적으로 전기 고장 계산이라고 알려져 있습니다.
고장 계산은 대체로 어떤 전력 시스템에서도 고장 전류를 계산하는 것을 의미합니다. 시스템의 고장을 계산하는 주요 단계는 세 가지입니다.
임피던스 회전 선택.
복잡한 전력 시스템 네트워크를 단일 등가 임피던스로 축소.
대칭 성분 이론을 사용한 전기 고장 전류 및 전압 계산.
전력 시스템의 임피던스 표기법
어떤 전력 시스템을 살펴보면 여러 전압 수준이 있음을 알 수 있습니다. 예를 들어, 전력이 6.6 kV에서 생성되어 132 kV로 송전되며, 종단 변전소에서 33 kV와 11 kV로 낮추어지며, 이 11 kV 수준은 더 낮아져 0.4 kV로 변환되는 전형적인 전력 시스템을 생각해봅시다.
따라서 이 예제에서 같은 전력 시스템 네트워크가 서로 다른 전압 수준을 가질 수 있다는 것이 명확합니다. 따라서 시스템의 특정 위치에서의 고장 계산은 매우 어려워지고 복잡해지며, 시스템의 각 부분의 임피던스를 그들의 전압 수준에 따라 계산하려고 하면 더욱 그렇습니다.
이러한 어려움은 시스템의 각 부분의 임피던스를 단일 기준값을 기준으로 계산하면 피할 수 있습니다. 이 기술은 전력 시스템의 임피던스 표기법이라고 합니다. 즉, 전기 고장 계산 전에 시스템 매개변수는 기준량을 기준으로 참조되고, 옴, 백분율 또는 단위 값으로 표현된 일관된 임피던스 시스템으로 나타내어야 합니다.
전력과 전압은 일반적으로 기준량으로 취급됩니다. 3상 시스템에서는 MVA 또는 KVA의 3상 전력이 기준 전력으로 취급되고, KV의 선간 전압이 기준 전압으로 취급됩니다. 기준 임피던스는 다음과 같이 이러한 기준 전력과 기준 전압에서 계산할 수 있습니다.
단위당 임피던스는 시스템의 실제 임피던스와 기준 임피던스 값의 비율입니다.
백분율 임피던스
값은 단위당 값에 100을 곱하여 계산할 수 있습니다.
또한 때때로 단위당 값을 새로운 기준값으로 변환하여 다양한 전기 고장 계산을 단순화해야 할 경우가 있습니다. 이러한 경우,
시스템의 임피던스 표기법 선택은 시스템의 복잡성에 따라 달라집니다. 일반적으로 시스템의 기준 전압은 전송 횟수가 최소가 되도록 선택됩니다.
예를 들어, 시스템이 132 KV의 오버헤드 라인을 많이 가지고 있으며, 33 KV 라인은 몇 개, 11 KV 라인은 매우 적게 가지고 있다면, 시스템의 기준 전압은 132 KV, 33 KV, 11 KV 중 하나로 선택될 수 있지만, 여기서 가장 좋은 기준 전압은 132 KV입니다. 왜냐하면 고장 계산 중에 전송 횟수가 최소가 되기 때문입니다.
네트워크 축소
올바른 임피던스 표기법을 선택한 후 다음 단계는 네트워크를 단일 임피던스로 축소하는 것입니다. 이를 위해 먼저 모든 발전기, 라인, 케이블, 변압기의 임피던스를 공통 기준값으로 변환해야 합니다. 그런 다음 동일한 기준값을 기준으로 하는 모든 이러한 발전기, 라인, 케이블 및 변압기를 나타내는 전력 시스템의 도식도를 준비합니다.
그런 다음 네트워크는 별/삼각 변환을 사용하여 공통 등가 단일 임피던스로 축소됩니다. 양의, 음의, 제로 시퀀스 네트워크를 위한 별도의 임피던스 다이어그램을 준비해야 합니다.
세상 고장은 3상에서 대칭이므로, 단일 상 양의 시퀀스 임피던스 다이어그램에서 계산할 수 있습니다. 따라서 3상 고장 전류는 다음과 같이 얻어집니다.
여기서, I f는 총 3상 고장 전류, v는 중성 전압, z 1는 시스템의 총 양의 시퀀스 임피던스입니다; 계산에서 임피던스는 전압 기준으로 옴으로 표시한다고 가정합니다.
대칭 성분 분석
위의 고장 계산은 3상 균형 시스템을 가정하고 수행됩니다. 전류와 전압 상태가 모든 3상에서 동일하므로 한 상만 계산합니다.
실제 고장이 발생할 때, 예를 들어 대지 고장, 상 간 고장, 두 상 대지 고장과 같은 경우, 시스템은 불균형 상태가 됩니다. 즉, 모든 상에서의 전압과 전류 상태가 더 이상 대칭적이지 않습니다. 이러한 고장은 대칭 성분 분석을 통해 해결됩니다.
일반적으로 3상 벡터 다이어그램은 세 개의 균형 벡터 집합으로 대체될 수 있습니다. 하나는 반대 또는 음의 위상 회전, 두 번째는 양의 위상 회전, 마지막은 동위상입니다. 즉, 이러한 벡터 집합은 각각 음, 양, 제로 시퀀스로 설명됩니다.
상과 시퀀스 양 사이의 방정식은 다음과 같습니다.
따라서,
모든 양은 참조 상 r에 대해 참조됩니다.
비슷하게 시퀀스 전류에도 대한 일련의 방정식을 작성할 수 있습니다. 전압과 전류 방정식에서 시스템의 시퀀스 임피던스를 쉽게 결정할 수 있습니다.
균형 임피던스 시스템에서 시퀀스 전류는 동일한 시퀀스의 전압 강하만을 초래할 수 있다는 사실에 기반하여 대칭 성분 분석이 발전되었습니다. 일단 시퀀스 네트워크가 준비되면, 이를 단일 등가 임피던스로 변환할 수 있습니다.
Z1, Z2 및 Z0은 시스템의 양, 음, 제로 시퀀스 전류 흐름에 대한 임피던스입니다.
대지 고장
상 간 고장
두 상 대지 고장
3상 고장
네트워크의 특정 브랜치에서의 고장 전류가 필요한 경우, 해당 브랜치를 통과하는 시퀀스 구성 요소를 결합하여 계산할 수 있습니다. 이는 위의 방정식을 해결하여 결정된 시퀀스 구성 요소 전류를 그들 각각의 네트워크에 따라 상대 임피던스에 따라 분배함을 포함합니다. 시퀀스 구성 요소 전류와 각 브랜치의 시퀀스 임피던스가 알려진 경우 네트워크의 어느 지점에서든 전압도 결정할 수 있습니다.
시퀀스 임피던스
양
